近日，千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室助力鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司齊大山鐵礦開發(fā)出國內(nèi)首個(gè)露天礦智能開采生產(chǎn)平臺(tái)，建成了亞洲規(guī)模最大、智能化水平最高的露天鐵礦示范基地，隨著技術(shù)的成熟，礦山智能開采生產(chǎn)完成了從實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證到場景落地的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變。

實(shí)驗(yàn)室的崛起與使命

近年來，我國礦業(yè)企業(yè)在推進(jìn)設(shè)備大型化與自動(dòng)化升級方面取得顯著成效，然而在響應(yīng)國家降本增效政策要求、提高生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)作能力以及提升管理效能等方面仍存在諸多挑戰(zhàn)。在此背景下，礦山生產(chǎn)領(lǐng)域迫切需要引入創(chuàng)新理念，開發(fā)先進(jìn)技術(shù)與智能化裝備，以此驅(qū)動(dòng)產(chǎn)業(yè)向生態(tài)化、高效化、智能化方向轉(zhuǎn)型升級。
 

鞍山礦產(chǎn)資源豐富，在礦業(yè)技術(shù)和礦業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域底蘊(yùn)厚重，鞍山市和鞍鋼集團(tuán)聚焦打造國家級綜合性鋼鐵產(chǎn)業(yè)基地的戰(zhàn)略目標(biāo)，全力推進(jìn)綠色礦山、智慧礦山建設(shè)。此時(shí)，地方高校“因勢而為”的科研智力支持也不可或缺。“轉(zhuǎn)型，意味著從低附加值到高附加值，意味著改變粗放、走向集約，作為以冶金特色‘起家’的高校，遼寧科技大學(xué)將目光看向冶金產(chǎn)業(yè)上游，緊跟政策導(dǎo)向，同政企攜手發(fā)力、同向同行，努力為全省高水平科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)力量。”千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室主任、遼科大校長胡軍說。

去年7月，千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室在我校正式掛牌運(yùn)行。該實(shí)驗(yàn)室由鞍山市委、市政府依托中國工程院邵安林院士團(tuán)隊(duì)、北京科技大學(xué)、遼寧科技大學(xué)，以及鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司等知名企業(yè)簽約共建，聚焦礦業(yè)領(lǐng)域重大科學(xué)問題和前沿技術(shù)，圍繞國家、省重大戰(zhàn)略需求和鞍山產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，重點(diǎn)開展戰(zhàn)略性、前瞻性、基礎(chǔ)性、綜合性科技創(chuàng)新活動(dòng)。

面對科研創(chuàng)新的迫切需求，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)首先要解決的“第一要?jiǎng)?wù)”便是人，基于學(xué)校2023年成立的智慧礦山研究院的科研班底，胡軍意在讓這支團(tuán)隊(duì)既充滿創(chuàng)新活力，又敢啃硬骨頭，于是，他多次往返北京、沈陽等地，在與北科大謀劃實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的同時(shí)，也向智慧礦山研究院客座教授柳小波，以及北科大、東大等礦業(yè)領(lǐng)域的青年才俊拋出橄欖枝。

“胡校長的誠摯、遼科大的底蘊(yùn)，以及礦業(yè)發(fā)展的美好愿景造就了今天。”千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行主任、遼科大智慧礦山研究院院長柳小波說。去年，柳小波決定離京，北上鞍山，躬身于實(shí)驗(yàn)室的科技研發(fā)與業(yè)務(wù)拓展之中，并隨即聯(lián)合學(xué)校相關(guān)專業(yè)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行礦業(yè)全流程的科技攻關(guān)。

實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營初期，學(xué)校黨委高位統(tǒng)籌，成立專門機(jī)構(gòu)，制定專項(xiàng)支持政策，整合校內(nèi)外各方資源，通過專家論證，圍繞實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方向、物理空間和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備購置、人員配備、研發(fā)經(jīng)費(fèi)等方面給予實(shí)際支持，為團(tuán)隊(duì)良性運(yùn)轉(zhuǎn)保駕護(hù)航。目前，實(shí)驗(yàn)室整合了如自動(dòng)礦物參數(shù)分析系統(tǒng)、大口徑核磁共振成像分析儀等200余臺(tái)套設(shè)備，團(tuán)隊(duì)已柔性引進(jìn)人才11人，近2000平方米的實(shí)驗(yàn)場地即將改造升級完成，同時(shí)，鞍山市高新區(qū)正高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃占地3平方公里的千山灣科技園，致力于打造一個(gè)集研發(fā)與創(chuàng)新于一體的礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室集聚區(qū)……雖然實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)體量處于初期建設(shè)階段，但柳小波切實(shí)感受到政府、學(xué)校給予實(shí)驗(yàn)室的鼎力支持，他打了個(gè)比方：“小團(tuán)隊(duì)在大舞臺(tái)上‘演出’，壓力的確不小，但正因?yàn)檫@極佳的場地和舞美支持，我們有理由用新技術(shù)、新理念呈現(xiàn)好每一次‘演出’。”

合抱之木，生于毫末，今日播下的創(chuàng)新種子，正是明日產(chǎn)業(yè)變革的棟梁。“綠色與智能礦山建設(shè)是遼寧全面振興、生態(tài)文明建設(shè)與高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。遼科大與千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室始終以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，用技術(shù)研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化落地推動(dòng)礦業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型升級，用創(chuàng)新探索提升全產(chǎn)業(yè)鏈價(jià)值。”胡軍說。

露天礦的智能科研攻堅(jiān)

齊大山鐵礦是鞍鋼集團(tuán)的主要鐵礦石基地之一。2020年之前，該礦露天礦現(xiàn)場作業(yè)以半自動(dòng)式的機(jī)械化為主，開采過程中存在多工序協(xié)同難、安全風(fēng)險(xiǎn)高等行業(yè)痛點(diǎn)，一定程度上制約了企業(yè)的發(fā)展步調(diào)。了解到企業(yè)實(shí)際所需，千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)很早便開始了研發(fā)工作。

智能化的關(guān)鍵是要讓機(jī)器“看懂”礦山。全流程智能安全開采，核心中樞是智能開采生產(chǎn)平臺(tái)，鑒于此，實(shí)驗(yàn)室以遠(yuǎn)程調(diào)度指揮中心為樞紐，借助5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算等前沿技術(shù)，有序串聯(lián)起穿孔、爆破、鏟裝、運(yùn)輸和礦量驗(yàn)收五個(gè)核心環(huán)節(jié)，構(gòu)建了“全流程規(guī)劃→多工序智能→多場景聯(lián)動(dòng)”的智能開采模式。例如在智能計(jì)劃環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)室通過基于無人機(jī)采場礦體邊界精準(zhǔn)圈定的遙感測試方法，實(shí)現(xiàn)了露天礦采場礦體快速、高效、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的圈定與區(qū)劃；如在爆破環(huán)節(jié)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于慣性導(dǎo)航的爆破礦巖運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤裝置，搭建出露天礦臺(tái)階爆破效果仿真及預(yù)測模型，進(jìn)一步優(yōu)化了爆破效果的評價(jià)方法。

用老百姓的話說，智能就是人少操心費(fèi)神，讓機(jī)器幫人干活。但想要讓機(jī)器“看懂”礦山，還得是人打好“前哨”，因地制宜設(shè)計(jì)好前端工序。在項(xiàng)目進(jìn)行前期，實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)經(jīng)常要走進(jìn)礦山現(xiàn)場調(diào)研，詳細(xì)了解開采運(yùn)營現(xiàn)狀，針對性地提供解決方案，尋找“智聯(lián)”之匙。實(shí)驗(yàn)室王連成博士舉例，去年夏天，團(tuán)隊(duì)在礦山鉆機(jī)鉆孔環(huán)節(jié)下了不少功夫，傳統(tǒng)鉆孔工序相對依賴人工經(jīng)驗(yàn)，效率低、數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，且伴隨一定安全風(fēng)險(xiǎn)。“牙輪鉆機(jī)在作業(yè)時(shí)伴隨著強(qiáng)烈的振動(dòng)，常常讓人雙腳發(fā)麻，每次鉆孔工作結(jié)束，工人們都是滿身灰塵，倘若在夏季作業(yè)，工人們的‘體感’可想而知。”王連成說。

對此，團(tuán)隊(duì)展開研討及論證，確定鉆機(jī)遠(yuǎn)程遙控項(xiàng)目為重點(diǎn)研究內(nèi)容之一，并對現(xiàn)有鉆機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)性改造，增加了感知、決策、控制、安全等多組核心模塊，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)精準(zhǔn)鉆孔和遠(yuǎn)程一拖二智能控制。在降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、轉(zhuǎn)變工作環(huán)境、精準(zhǔn)安全完成工作的同時(shí)，這套系統(tǒng)還能根據(jù)鉆機(jī)工作的參數(shù)識別巖性，為后續(xù)的爆破智能設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

“那段時(shí)間的確很艱苦，團(tuán)隊(duì)成員長期駐守現(xiàn)場，東北的夏天太陽也挺毒，我們幾個(gè)都黑了幾個(gè)度，有人后背還曬到脫皮。”實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)成員張興帆博士笑著回憶，“雖然試驗(yàn)失敗是常態(tài)，但一切都很值得，團(tuán)隊(duì)的研究成果可以很快在這座礦山落地應(yīng)用，我們感到很自豪。”

經(jīng)過團(tuán)隊(duì)不停歇的技術(shù)攻關(guān)，如今，他們已解決了露天礦智能開采關(guān)鍵共性技術(shù)難題，并通過智能開采生產(chǎn)平臺(tái)，將數(shù)字地質(zhì)、開采計(jì)劃、穿孔爆破、鏟裝運(yùn)輸、生產(chǎn)驗(yàn)收的閉環(huán)流程整合，實(shí)現(xiàn)了大型金屬露天礦全流程智能安全開采，助力齊大山鐵礦向產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、綠色化邁進(jìn)。

征途依舊進(jìn)行時(shí)

記者幾次與團(tuán)隊(duì)成員線上交流時(shí)，他們不是在做實(shí)驗(yàn)、開會(huì)、調(diào)研，就是在去往實(shí)驗(yàn)室、會(huì)場、礦山的路上。即便如此，他們?nèi)阅軐⒎泵Φ墓ぷ靼才诺镁袟l，并及時(shí)、細(xì)致、真摯地回答每一個(gè)問題。

成功沒有讓千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)停下腳步。

在團(tuán)隊(duì)進(jìn)行此項(xiàng)目攻關(guān)的兩年來，他們一同開展技術(shù)研討會(huì)50余場，現(xiàn)場調(diào)試設(shè)備百余次，深入礦山一線超2000小時(shí)，調(diào)研走進(jìn)各企業(yè)現(xiàn)場雖沒有精確的數(shù)字統(tǒng)計(jì)，但背后卻是這個(gè)團(tuán)隊(duì)“追求卓越、精益求精”的真實(shí)寫照。

“我們常與這些外人看來有些冰涼的礦石打交道，然而，走向智能創(chuàng)新未來的路途，卻常存溫?zé)帷?rdquo;柳小波感慨道。

事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)室的共同努力得到了回報(bào)，在5月27日學(xué)校與市科技局共同舉辦的千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室成果發(fā)布會(huì)上，一系列成績“走上臺(tái)前”：“地下金屬礦山采掘工程安全高效爆破技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”和“低碳智能厚料層燒結(jié)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”兩個(gè)項(xiàng)目獲省科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；“露天礦安全智能爆破開采關(guān)鍵技術(shù)與工程示范”項(xiàng)目獲公共安全技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；實(shí)驗(yàn)室加入遼寧省菱鎂資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室群；實(shí)驗(yàn)室成員發(fā)表100余篇高水平學(xué)術(shù)論文，授權(quán)發(fā)明專利6件，國家出版基金資助出版專著1部。此外，實(shí)驗(yàn)室還承辦了第四屆先進(jìn)顆粒加工技術(shù)及應(yīng)用國際會(huì)議；與新疆塔城地區(qū)科技局簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議……

在智慧礦山研發(fā)領(lǐng)域取得階段性成果的同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)拓寬視野，開啟了新一輪的創(chuàng)新征途：致力于礦石破碎全流程能量流轉(zhuǎn)調(diào)控技術(shù)研究等礦山智能爆破與安全技術(shù)的研發(fā)；聚焦應(yīng)用于耐材生產(chǎn)和環(huán)保等領(lǐng)域的高性能鎂砂生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)；圍繞電工級高純氧化鎂生產(chǎn)技術(shù)研究等開展鎂化工領(lǐng)域的科研攻關(guān)……

胡軍表示，未來，千山灣礦業(yè)實(shí)驗(yàn)室將始終以打造在礦業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略科技力量為目標(biāo)，圍繞該領(lǐng)域的關(guān)鍵問題與高新技術(shù)，高標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建國內(nèi)一流的綜合性科創(chuàng)平臺(tái)，推動(dòng)礦業(yè)向綠色、高效、可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型，努力用自主奮斗的火炬，照亮科技創(chuàng)新的星辰大海。